深井軟巖巷道圍巖承壓環(huán)穩(wěn)定性控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種深井軟巖巷道支護(hù)技術(shù)，尤其涉及一種深井軟巖巷道圍巖承壓環(huán) 穩(wěn)定性控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，深井軟巖巷道主要支護(hù)技術(shù)有:錨網(wǎng)噴支護(hù)系列技術(shù)、型鋼支架支護(hù)系列技 術(shù)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)支護(hù)系列技術(shù)和鋼管混凝土支架支護(hù)技術(shù)等。但在深井軟巖巷道支護(hù) 實踐中，支護(hù)結(jié)構(gòu)體常常不能承受住圍巖動壓作用的影響，軟巖巷道變形嚴(yán)重甚至破壞。另 外，部分支護(hù)技術(shù)成本相對較高、工人勞動強(qiáng)度較大，支護(hù)施工速度較慢。
[0003] U型鋼支架支護(hù)一般可提供0.2~0.4MPa的支護(hù)反力，鋼管混凝土支架一般可提供 0.8~1.2MPa的支護(hù)反力。其支護(hù)反力仍不能滿足深井軟巖巷道的支護(hù)需求。同時可縮性較 差。在動壓作用影響下，如受工作面推進(jìn)的影響，支護(hù)結(jié)構(gòu)體難以維護(hù)軟巖巷道的整體穩(wěn)定 性，導(dǎo)致巷道大范圍嚴(yán)重變形和破壞，影響井下正常生產(chǎn)，給煤礦帶來經(jīng)濟(jì)損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種支護(hù)效果好的深井軟巖巷道圍巖承壓環(huán)穩(wěn)定性控制方 法。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明的深井軟巖巷道圍巖承壓環(huán)穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，在深井軟巖巷 道中，按以下原則設(shè)計圍巖承壓環(huán)結(jié)構(gòu)：
[0007] 若巷道處于近似靜水壓力狀態(tài)，圍巖承壓環(huán)設(shè)計成圓環(huán)形，承壓環(huán)厚度不小于巷 道半徑；
[0008] 若巷道處于非靜水壓力狀態(tài)，圍巖承壓環(huán)設(shè)計成橢圓環(huán)形，承壓環(huán)厚度不小于橢 圓半長軸與半短軸長度和的平均值，橢圓長軸與短軸長度之比近似等于所對應(yīng)方向的主應(yīng) 力之比；
[0009] 在巷道橫斷面上，沿巷道周邊向所述承壓環(huán)內(nèi)均勻開鑿4~8個卸壓槽，卸壓槽的 斷面形狀為窄縫深槽，縫寬為30-100_，卸壓槽深度大于巷道半徑，卸壓槽采用相貫成排鉆 孔開鑿沿巷道軸線方向連續(xù)；
[0010] 在軟弱破碎圍巖條件下，當(dāng)巷道圍巖比較破碎，開槽后易出現(xiàn)巖塊塌落現(xiàn)象時，則 在卸壓槽內(nèi)插入泡沫塑料板；
[0011]在軟弱圍巖或受動壓作用條件下，當(dāng)卸壓槽緩慢閉合后，圍巖承壓環(huán)內(nèi)的切向壓 力回升到初始切向應(yīng)力值的40 %到50 %時，則在同一位置實施再次開槽；
[0012] 在巷道內(nèi)壁設(shè)置高強(qiáng)可縮噴層碹體作為主體支護(hù)結(jié)構(gòu)，并沿巷道徑向向所述承壓 環(huán)內(nèi)固定錨桿和/或錨索。
[0013] 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的深井軟巖巷道圍巖 承壓環(huán)穩(wěn)定性控制方法，建立了深井軟巖巷道圍巖承壓環(huán)力學(xué)模型，提出以"相貫成排鉆孔 卸壓"作為主要實現(xiàn)途徑，以高強(qiáng)度可縮性噴層混凝土碹體作為主體支護(hù)結(jié)構(gòu)，并輔之以錨 桿、錨索支護(hù)的巷道支護(hù)技術(shù)方法，從而達(dá)到深井軟巖動壓巷道穩(wěn)定性控制的目的。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明實施例中靜水壓力狀態(tài)下圓形巷道圍巖應(yīng)力分布圖；
[0015] 圖中：〇〇-原巖應(yīng)力;σθ-巷道圍巖切向應(yīng)力;or-巷道圍巖徑向應(yīng)力;R-巷道半徑;r_ 巷道圍巖半徑。
[0016] 圖2為本發(fā)明實施例中圍巖承壓環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3為本發(fā)明實施例中圍巖承壓環(huán)穩(wěn)定性控制力學(xué)原理圖；
[0018] 圖中：I區(qū)-承壓環(huán)(開槽卸壓區(qū)），Π 區(qū)-應(yīng)力增高區(qū)，m區(qū)-原巖應(yīng)力區(qū)；σθ為開槽 卸壓之前的圍巖切向應(yīng)力，〇</為開槽卸壓后的圍巖切向應(yīng)力； 〇r為高強(qiáng)可縮混凝土碹體支 護(hù)之前的圍巖徑向應(yīng)力，〇/為高強(qiáng)可縮混凝土碹體之后的圍巖徑向應(yīng)力。
[0019] 圖4a為本發(fā)明實施例中圓環(huán)形圍巖承壓環(huán)幾何形狀示意圖；
[0020] 圖4b為本發(fā)明實施例中橢圓環(huán)形圍巖承壓環(huán)幾何形狀示意圖；
[0021 ]圖5為本發(fā)明實施例中巷道斷面上卸壓槽布置方式與尺寸示意圖；
[0022] 圖6為本發(fā)明實施例中巷道圍巖中相貫成排鉆孔開槽示意圖（沿巷道長軸方向剖 面)；
[0023] 圖7為本發(fā)明實施例中巷道圍巖中相貫成排鉆孔(卸壓槽)立體示意圖；
[0024]圖8為稀疏鉆孔卸壓時鉆孔之間應(yīng)力集中示意圖；
[0025]圖中：〇1為開槽卸壓前應(yīng)力值;〇2為開槽卸壓后應(yīng)力值。
[0026] 圖9為本發(fā)明實施例中高強(qiáng)可縮噴層碹體示意圖；
[0027] 圖中：1-頂弧段;2-左幫上弧段;3-右?guī)蜕匣《?4-左幫下弧段;5-右?guī)拖禄《?6-底弧段；
[0028] 圖10為本發(fā)明實施例中薄層第一次至第五次循環(huán)噴射成碹示意圖；
[0029]圖11為本發(fā)明實施例中混凝土噴層厚度控制示意圖；
[0030]圖12為本發(fā)明實施例中混凝土碹體內(nèi)的鋼筋結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0031 ]下面將對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0032] 本發(fā)明的深井軟巖巷道圍巖承壓環(huán)穩(wěn)定性控制方法，其較佳的【具體實施方式】是：
[0033] 在深井軟巖巷道中，按以下原則設(shè)計圍巖承壓環(huán)結(jié)構(gòu)：
[0034] 若巷道處于近似靜水壓力狀態(tài)，圍巖承壓環(huán)設(shè)計成圓環(huán)形，承壓環(huán)厚度不小于巷 道半徑；
[0035] 若巷道處于非靜水壓力狀態(tài)，圍巖承壓環(huán)設(shè)計成橢圓環(huán)形，承壓環(huán)厚度不小于橢 圓半長軸與半短軸長度和的平均值，橢圓長軸與短軸長度之比近似等于所對應(yīng)方向的主應(yīng) 力之比；
[0036] 在巷道橫斷面上，沿巷道周邊向所述承壓環(huán)內(nèi)均勻開鑿4~8個卸壓槽，卸壓槽的 斷面形狀為窄縫深槽，縫寬為30-100_，卸壓槽深度大于巷道半徑，卸壓槽采用相貫成排鉆 孔開鑿沿巷道軸線方向連續(xù)；
[0037] 在軟弱破碎圍巖條件下，當(dāng)巷道圍巖比較破碎，開槽后易出現(xiàn)巖塊塌落現(xiàn)象時，則 在卸壓槽內(nèi)插入泡沫塑料板；
[0038] 在軟弱圍巖或受動壓作用條件下，當(dāng)卸壓槽緩慢閉合后，圍巖承壓環(huán)內(nèi)的切向壓 力回升到初始切向應(yīng)力值的40%時，則在同一位置實施再次開槽；
[0039] 在巷道內(nèi)壁設(shè)置高強(qiáng)可縮噴層碹體作為主體支護(hù)結(jié)構(gòu)，并沿巷道徑向向所述承壓 環(huán)內(nèi)固定錨桿和/或錨索。
[0040] 所述高強(qiáng)可縮噴層碹體包括4~8個弧段，在相鄰弧段之間設(shè)置可縮變形結(jié)構(gòu)。
[0041] 所述高強(qiáng)可縮噴層碹體的徑向可縮量大于巷道直徑10%，所述可縮變形結(jié)構(gòu)與所 述卸壓槽個數(shù)相等并與卸壓槽在空間位置上相互重合，所述可縮變形結(jié)構(gòu)的厚度為400-600mm，其壓縮率為40 %~60 %。
[0042]所述高強(qiáng)可縮噴層碹體采用強(qiáng)度大于40MPa的高強(qiáng)混凝土材料，并在高強(qiáng)混凝土 中添加減水劑、速凝劑以及硅灰和粉煤灰；
[0043]所述可縮變形結(jié)構(gòu)的材料選取以下任一種或多種可縮材料：
[0044]礦用高水充填材料，將其裝入編織袋中，并放置在可縮變形結(jié)構(gòu)位置處；
[0045]含泡沫顆粒的土坯體，將泡沫塑料顆粒與泥漿均勻混合，待土坯體固結(jié)之后，將其 裝入編織袋中，并放置在碹體可縮變形結(jié)構(gòu)位置處；
[0046] 選用常用木材，加工成板材，并放置在碹體可縮變形結(jié)構(gòu)位置處，所述木材包括楊 木、柳木和松木。
[0047] 所述高強(qiáng)可縮噴層碹體包括6個弧段，分別是底弧段、頂弧段、左邦下弧段、左邦上 弧段、右邦下弧段、右邦上弧段，所述底弧段碹體使用混凝土預(yù)制件，其它段碹體采用噴射 混凝土施工。
[0048]所述高強(qiáng)可縮噴層碹體的厚度為400~600mm，在進(jìn)行巷道噴射混凝土施工時，采 用薄層循環(huán)噴射的方法，一次噴射厚度為100mm，待薄噴層初凝，粘結(jié)力增大以后，再次噴射 薄層混凝土，